Ultrasnabba bilder av elektronrörelse i atomen prisades
Årets Nobelpris i fysik belönar ett stort kliv fram i att kunna observera dynamiska processer i materiens byggstenar - atomer. De tre pristagarna belönas för sina experiment med attosekundspektroskopin där man kan följa hur elektronerna påverkas av ultrasnabba ljusimpulser.
– Det har betydelse i all materialvetenskap och det är härligt att vi äntligen har fått en kvinna i Sverige som tilldelas Nobelpriset i fysik, säger professor Raimund Feifel, vid Göteborgs universitet, som samarbetar med Anne L’Huillier i forskningen kring elektronernas dynamik.
Pierre Agostini, Ferenc Krausz och Anne L’Huillier belönas för upptäckten som gör det möjligt att följa vad som händer i ett materials bindningsstruktur, som utgörs av atomernas elektroner när de utsätts för ljus i form av fotoner. Genom att använda en laser-driven ljuskälla som kan sända ut strålningspulser med en tidslängd på 10-18 sekunder, kan forskarna få en tydlig bild av hur elektronerna reagerar på den tillförda energin.
– All materialvetenskap utgår från att atomer binds ihop av ett elektronsystem som är centralt för egenskaperna i materialet och som kan förändras bland annat med hjälp av ljus, säger Raimund Feifel på Institutionen för fysik, som själv bedriver forskning inom attosekundsspektroskopi.
Ingår i samma forskningsprojekt
Faktum är att han ingår i ett forskningsprojekt tillsammans med pristagaren Anne L’Huillier vid Lunds universitet som handlar om att titta på elektrondynamiker i atomer med en överskottselektron, vilket är ett sätt att minimera den störning hos atomen som laserpulsen ger upphov till i neutrala atomer.
– Jag har lånat ut en elektronspektrometer till forskningen i Lund som är bra på att detektera på ett detaljerat sätt vad som händer med elektronerna som en följd av det tillförda ljuset. Det har blivit ett långtidslån från Göteborgs universitet, säger Raimund Feifel och ler.
Infrarött laserljus
Årets pristagare har gjort experiment där de visat ett sätt att tillverka ljusblixtar för att lysa upp ett tillräckligt kort ögonblick så att det blir möjligt att studera vad som händer inuti atomer och molekyler.
Anne L’Huillier upptäckte 1987 att ett stort antal olika övertoner av ljus uppstod när hon sände infrarött laserljus genom en ädelgas. Varje överton är en ljusvåg med ett visst antal hela svängningar för varje svängning i laserljuset. De uppstår genom att ljuset från lasern växelverkar med atomer i gasen och ger vissa elektroner extra energi, som sedan avges som ljus. Anne L’Huillier fortsatte utforska fenomenet, och insåg att dessa övertoner har en inherent tidskorrelation, som är kärnan för de genombrott som följde.
År 2001 lyckades Pierre Agostini framställa och undersöka en serie sådana ljuspulser efter varandra, där varje puls bara var 250 attosekunder lång. Vid samma tid arbetade Ferenc Krausz med en annan sorts experiment, där han kunde isolera en enskild ljuspuls som varade i 650 attosekunder.
Många tillämpningar framöver
Attosekundsteknik gör det möjligt att studera extremt snabba förlopp som till exempel elektroners rörelse i molekyler och fast material. En attosekund är en för de flesta ogripbar tidsrymd. Den har beskrivits som att ”den utgör en lika stor del av en sekund som själva sekunden gör av hela universums livstid.”
– Denna grundforskning kan få många tillämpningar framöver. Forskningen kring händelser där material reagerar på inverkan av ljus har nytta av denna upptäckt. Till exempel fotosyntesen och magnetism, säger Raimund Feifel.